JP7591993B2

JP7591993B2 - Heat supply system and heat supply method

Info

Publication number: JP7591993B2
Application number: JP2021125328A
Authority: JP
Inventors: 健松尾; 志典碓井; 耕司浅野; 直小山; 宏之岩渕; 基裕中桐
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2024-11-29
Anticipated expiration: 2041-07-30
Also published as: JP2023020132A

Description

本開示は、熱供給システムおよび熱供給方法に関するものである。 This disclosure relates to a heat supply system and a heat supply method.

低炭素社会を実現する技術として、例えば、高温ガス炉がある。高温ガス炉は、運転温度が軽水炉に比べて高温である。高温ガス炉は、燃料の被覆にセラミックス材料を使用し、冷却材がヘリウム、減速材が黒鉛である。高温ガス炉は、運転温度が高く、高い熱エネルギーが得られる。従来の熱供給システムは、例えば、高温ガス炉で得られた高温の１次ヘリウムと２次ヘリウムとの間で熱交換することで２次ヘリウムを加熱し、高温の２次ヘリウムによりタービンを駆動して発電を行う。 One example of a technology that can help realize a low-carbon society is the high-temperature gas-cooled reactor. The operating temperature of a high-temperature gas-cooled reactor is higher than that of a light-water reactor. A high-temperature gas-cooled reactor uses ceramic materials to coat the fuel, helium as a coolant, and graphite as a moderator. A high-temperature gas-cooled reactor has a high operating temperature and can generate a large amount of thermal energy. Conventional heat supply systems, for example, heat exchange between the high-temperature primary helium and secondary helium generated by the high-temperature gas-cooled reactor heats the secondary helium, and the high-temperature secondary helium drives a turbine to generate electricity.

ところで、高温ガス炉は、原子炉で核反応によりトリチウムが発生する。水素や水素の同位体であるトリチウムは、金属の内部を透過する性質がある。そのため、冷却材である１次ヘリウムに混入した水素やトリチウムが伝熱管を透過して２次ヘリウムに混入するため、２次ヘリウムからトリチウムを除去する必要がある。原子炉で発生した水素を除去する技術として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。 In high-temperature gas reactors, tritium is generated by nuclear reactions in the reactor. Hydrogen and tritium, an isotope of hydrogen, have the property of permeating the interior of metals. As a result, hydrogen and tritium mixed into the primary helium coolant permeate the heat transfer tubes and mix into the secondary helium, making it necessary to remove tritium from the secondary helium. One example of a technology for removing hydrogen generated in a reactor is described in Patent Document 1 below.

特開昭６２－１７７４９６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 177496/1983

上述した特許文献１の技術は、液体ナトリウム中の水素を水素トラップにより除去することが記載されているものの、どのように水素を除去するのか具体的な構成が記載されていない。 The technology in Patent Document 1 mentioned above describes the removal of hydrogen from liquid sodium using a hydrogen trap, but does not describe the specific configuration for removing hydrogen.

本開示は、上述した課題を解決するものであり、水素の同位体を効率良く除去可能な熱供給システムおよび熱供給方法を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to solve the above-mentioned problems and provide a heat supply system and a heat supply method that can efficiently remove hydrogen isotopes.

上記の目的を達成するための本開示の熱供給システムは、６００℃以上の熱エネルギーにより加熱された１次熱媒体を用いて２次熱媒体を加熱する熱交換器と、前記１次熱媒体で加熱された２次熱媒体により作動する作動装置と、前記２次熱媒体にある水素の同位体を除去する水素除去装置と、を備える。 To achieve the above object, the heat supply system of the present disclosure includes a heat exchanger that heats a secondary heat medium using a primary heat medium heated by thermal energy of 600°C or higher, an actuator that operates using a secondary heat medium heated by the primary heat medium, and a hydrogen removal device that removes hydrogen isotopes from the secondary heat medium.

本開示の熱供給方法は、６００℃以上の熱エネルギーにより加熱された１次熱媒体を用いて２次熱媒体を加熱する工程と、前記１次熱媒体で加熱された２次熱媒体により作動装置を作動する工程と、前記２次熱媒体に酸素を供給する工程と、前記２次熱媒体に混在する水素の同位体を除去する工程と、を有する。 The heat supply method disclosed herein includes a step of heating a secondary heat medium using a primary heat medium heated by thermal energy of 600°C or higher, a step of operating an actuator using the secondary heat medium heated by the primary heat medium, a step of supplying oxygen to the secondary heat medium, and a step of removing hydrogen isotopes mixed in the secondary heat medium.

本開示の熱供給方法は、６００℃以上の熱エネルギーにより加熱された１次熱媒体を用いて２次熱媒体を加熱する工程と、前記１次熱媒体で加熱された２次熱媒体により作動装置を作動する工程と、水素透過金属膜を用いて前記２次熱媒体から混在する水素の同位体を分離する工程と、を有する。 The heat supply method disclosed herein includes a step of heating a secondary heat medium using a primary heat medium heated by thermal energy of 600°C or higher, a step of operating an actuator using the secondary heat medium heated by the primary heat medium, and a step of separating hydrogen isotopes mixed in the secondary heat medium using a hydrogen-permeable metal membrane.

本開示の熱供給システムおよび熱供給方法によれば、水素の同位体を効率良く除去することができる。 The heat supply system and heat supply method disclosed herein can efficiently remove hydrogen isotopes.

図１は、第１実施形態の熱供給システムを表す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a heat supply system according to a first embodiment. 図２は、第２実施形態の熱供給システムを表す概略構成図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a heat supply system according to the second embodiment. 図３は、第３実施形態の熱供給システムを表す概略構成図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a heat supply system according to the third embodiment. 図４は、第４実施形態の熱供給システムを表す概略構成図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a heat supply system according to the fourth embodiment.

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。 Below, a preferred embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to these embodiments, and when there are multiple embodiments, the present disclosure also includes configurations that combine the various embodiments. Furthermore, the components in the embodiments include those that a person skilled in the art would easily imagine, those that are substantially the same, and those that are within the so-called equivalent range.

［第１実施形態］
＜熱供給システム＞
図１は、第１実施形態の熱供給システムを表す概略構成図である。 [First embodiment]
<Heat supply system>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a heat supply system according to a first embodiment.

第１実施形態において、図１に示すように、熱供給システム１０は、熱源１１と、熱交換器１２と、発電装置（作動装置）１３と、水素除去装置１４とを備える。 In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the heat supply system 10 includes a heat source 11, a heat exchanger 12, a power generation device (operating device) 13, and a hydrogen removal device 14.

熱源１１は、高温ガス炉であり、９００℃以上の熱エネルギーを発生可能である。なお、熱源１１は、高温ガス炉に限定されるものではなく、６００℃以上の熱エネルギーを発生可能なものであればよい。熱源としては、例えば、電気炉、ヘリオスタット式太陽熱集光装置、ボイラ、ガスタービン排熱などを適用してもよい。 The heat source 11 is a high-temperature gas furnace and is capable of generating thermal energy of 900°C or higher. Note that the heat source 11 is not limited to a high-temperature gas furnace, and may be anything capable of generating thermal energy of 600°C or higher. Examples of heat sources that may be used include electric furnaces, heliostat-type solar heat collectors, boilers, and gas turbine exhaust heat.

熱源１１としての高温ガス炉は、燃料の被覆にセラミックス材料を使用し、冷却材をヘリウムとし、減速材を黒鉛とする原子炉である。高温ガス炉は、９００℃以上の熱媒体としてのヘリウムガスを生成可能である。熱源１１としての高温ガス炉は、第１循環経路Ｌ１１が連結される。第１循環経路Ｌ１１は、熱源１１の他に、熱交換器１２が連結される。 The high-temperature gas reactor as the heat source 11 is a nuclear reactor that uses a ceramic material for the fuel coating, helium as the coolant, and graphite as the moderator. The high-temperature gas reactor is capable of generating helium gas as a heat medium at 900°C or higher. The high-temperature gas reactor as the heat source 11 is connected to the first circulation path L11. In addition to the heat source 11, the first circulation path L11 is connected to a heat exchanger 12.

熱交換器１２は、第１循環経路Ｌ１１を流れる１次ヘリウム（１次熱媒体）と第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウム（２次熱媒体）との間で熱交換を行う。すなわち、熱交換器１２は、第１循環経路Ｌ１１を流れる、例えば、９５０℃の１次ヘリウムにより第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムを、例えば、９００℃に加熱する。 The heat exchanger 12 exchanges heat between the primary helium (primary heat medium) flowing through the first circulation path L11 and the secondary helium (secondary heat medium) flowing through the second circulation path L12. That is, the heat exchanger 12 heats the secondary helium flowing through the second circulation path L12 to, for example, 900°C using the primary helium flowing through the first circulation path L11 at, for example, 950°C.

第１循環経路Ｌ１１は、熱源１１および熱交換器１２の他に、再生熱交換器２１、冷却器２２、圧縮機２３が連結される。冷却器２２は、熱交換器１２で熱交換した１次ヘリウムを冷却する。圧縮機２３は、第１循環経路Ｌ１１を流れて冷却器２２により冷却された１次ヘリウムを圧縮する。再生熱交換器２１は、熱交換器１２で熱交換した１次ヘリウムと、冷却器２２により冷却されて圧縮機２３により圧縮された１次ヘリウムとの間で熱交換する。 In addition to the heat source 11 and heat exchanger 12, the first circulation path L11 is connected to a regenerative heat exchanger 21, a cooler 22, and a compressor 23. The cooler 22 cools the primary helium that has been heat exchanged in the heat exchanger 12. The compressor 23 compresses the primary helium that flows through the first circulation path L11 and has been cooled by the cooler 22. The regenerative heat exchanger 21 exchanges heat between the primary helium that has been heat exchanged in the heat exchanger 12 and the primary helium that has been cooled by the cooler 22 and compressed by the compressor 23.

また、第１循環経路Ｌ１１は、迂回経路Ｌ１３を介して第１純化装置２４が連結される。第１純化装置２４は、酸化銅触媒２５とモレキュラーシーブ２６とを有する。熱源１１としての高温ガス炉は、冷却材としてヘリウムを使用していることから、原子炉で核反応により水素（軽水素）や水素の同位体である二重水素および三重水素（トリチウム）が発生する。第１純化装置２４は、第１ヘリウムに混在する水素、二重水素、三重水素（トリチウム）を除去する。 The first circulation path L11 is also connected to the first purification device 24 via the bypass path L13. The first purification device 24 has a copper oxide catalyst 25 and a molecular sieve 26. The high-temperature gas reactor as the heat source 11 uses helium as a coolant, and thus hydrogen (light hydrogen) and hydrogen isotopes, deuterium and tritium (tritium), are generated by nuclear reactions in the reactor. The first purification device 24 removes the hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) that are mixed in with the first helium.

第１循環経路Ｌ１１を流れる１次ヘリウムは、一部が迂回経路Ｌ１３を通って第１純化装置２４に流れる。１次ヘリウムは、酸化銅触媒２５によりで水素、二重水素、三重水素（トリチウム）を水とトリチウム水に酸化する。
ＣｕＯ＋Ｈ^２→Ｃｕ＋Ｈ^２Ｏ
モレキュラーシーブ２６は、トリチウム水のトリチウムを吸着して除湿する。水分を吸着したモレキュラーシーブ２６は、加熱して水分を蒸発させることで再生される。水素などが除去された１次ヘリウムは、戻し経路Ｌ１４を通して第１循環経路Ｌ１１に戻される。 A portion of the primary helium flowing through the first circulation path L11 passes through a bypass path L13 and flows to the first purification device 24. The primary helium oxidizes hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) through a copper oxide catalyst 25 into water and tritiated water.
CuO+H ² →Cu+H ² O
The molecular sieve 26 adsorbs tritium from the tritiated water and dehumidifies it. The molecular sieve 26 that has adsorbed moisture is regenerated by heating it to evaporate the moisture. The primary helium from which hydrogen and other contaminants have been removed is returned to the first circulation path L11 through the return path L14.

第２循環経路Ｌ１２は、熱交換器１２の他に、発電装置１３、水素除去装置１４、循環ポンプ１５が連結される。循環ポンプ１５は、熱交換器１２で高温となった２次ヘリウムを第２循環経路Ｌ１２により循環する。すなわち、循環ポンプ１５は、高温の２次ヘリウムを発電装置１３に供給した後、熱交換器１２に戻す。 In addition to the heat exchanger 12, the second circulation path L12 is connected to the power generation device 13, the hydrogen removal device 14, and the circulation pump 15. The circulation pump 15 circulates the secondary helium that has been heated to a high temperature in the heat exchanger 12 through the second circulation path L12. That is, the circulation pump 15 supplies the high-temperature secondary helium to the power generation device 13 and then returns it to the heat exchanger 12.

発電装置１３は、タービン３１と、圧縮機３２と、発電機３３と、再生熱交換器３４と、冷却器３５とを備える。ここで、タービン３１は、ヘリウムを燃料としたガスタービンであるが、蒸気タービンであってもよい。 The power generation device 13 includes a turbine 31, a compressor 32, a generator 33, a regenerative heat exchanger 34, and a cooler 35. Here, the turbine 31 is a gas turbine fueled by helium, but it may also be a steam turbine.

タービン３１と圧縮機３２は、回転軸３６により一体回転可能に連結される。発電機３３は、回転軸３７によりタービン３１に駆動連結される。タービン３１は、第２循環経路Ｌ１２が接続される。タービン３１は、経路Ｌ２１により再生熱交換器３４に接続され、再生熱交換器３４は、経路Ｌ２２により冷却器３５に接続される。冷却器３５は、経路Ｌ２３により圧縮機３２に接続され、圧縮機３２は、経路Ｌ２４により再生熱交換器３４に接続される。再生熱交換器３４は、第２循環経路Ｌ１２に接続される。 The turbine 31 and the compressor 32 are connected by a rotating shaft 36 so that they can rotate together. The generator 33 is drivingly connected to the turbine 31 by a rotating shaft 37. The turbine 31 is connected to a second circulation path L12. The turbine 31 is connected to the regenerative heat exchanger 34 by a path L21, and the regenerative heat exchanger 34 is connected to the cooler 35 by a path L22. The cooler 35 is connected to the compressor 32 by a path L23, and the compressor 32 is connected to the regenerative heat exchanger 34 by a path L24. The regenerative heat exchanger 34 is connected to the second circulation path L12.

タービン３１は、第２循環経路Ｌ１２から供給される高温の２次ヘリウムにより駆動する。タービン３１の駆動回転力は、回転軸３７を介して発電機３３に伝達され、発電機３３が駆動して発電を行う。タービン３１を駆動した２次ヘリウムは、経路Ｌ２１により再生熱交換器３４に供給され、経路Ｌ２２により冷却器３５に供給されて冷却される。冷却器３５で冷却された２次ヘリウムは、圧縮機３２に供給される。圧縮機３２は、タービン３１と一体に駆動回転し、２次ヘリウムを圧縮する。圧縮機３２で圧縮された２次ヘリウムは、再生熱交換器３４に供給される。再生熱交換器３４は、タービン３１を駆動した２次ヘリウムと、圧縮機３２で圧縮された２次ヘリウムとの間で熱交換する。すなわち、圧縮機３２で圧縮された２次ヘリウムは、タービン３１を駆動した２次ヘリウムにより加熱された後、第２循環経路Ｌ１２に戻される。 The turbine 31 is driven by high-temperature secondary helium supplied from the second circulation path L12. The driving rotational force of the turbine 31 is transmitted to the generator 33 via the rotating shaft 37, which drives the generator 33 to generate electricity. The secondary helium that drove the turbine 31 is supplied to the regenerative heat exchanger 34 via path L21 and is supplied to the cooler 35 via path L22 and cooled. The secondary helium cooled by the cooler 35 is supplied to the compressor 32. The compressor 32 is driven to rotate together with the turbine 31 and compresses the secondary helium. The secondary helium compressed by the compressor 32 is supplied to the regenerative heat exchanger 34. The regenerative heat exchanger 34 exchanges heat between the secondary helium that drove the turbine 31 and the secondary helium compressed by the compressor 32. That is, the secondary helium compressed by the compressor 32 is heated by the secondary helium that drives the turbine 31, and then returned to the second circulation path L12.

水素除去装置１４は、酸素供給装置４１と、第２純化装置４２とを備える。酸素供給装置４１と第２純化装置４２は、第２循環経路Ｌ１２に連結される。酸素供給装置４１は、第２循環経路Ｌ１２における第２純化装置４２より上流側に設けられる。 The hydrogen removal device 14 includes an oxygen supply device 41 and a second purification device 42. The oxygen supply device 41 and the second purification device 42 are connected to the second circulation path L12. The oxygen supply device 41 is provided upstream of the second purification device 42 on the second circulation path L12.

前述したように、熱源１１としての高温ガス炉は、水素や水素の同位体である二重水素、三重水素（トリチウム）が発生し、第１ヘリウムに混在する。水素、二重水素、三重水素（トリチウム）は、金属の内部を透過する性質がある。そのため、第１ヘリウムに混在する水素、二重水素、三重水素（トリチウム）は、一部が熱交換器１２の伝熱管を透過し、２次ヘリウムに混入する。水素除去装置１４は、第２ヘリウムに混在する水素、二重水素、三重水素（トリチウム）を除去する。 As mentioned above, the high-temperature gas reactor as the heat source 11 generates hydrogen and hydrogen isotopes, deuterium and tritium (tritium), which are mixed into the first helium. Hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) have the property of permeating the interior of metals. Therefore, some of the hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) mixed into the first helium permeates the heat transfer tube of the heat exchanger 12 and is mixed into the secondary helium. The hydrogen removal device 14 removes the hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) mixed into the second helium.

酸素供給装置４１は、酸素供給経路Ｌ３１と、酸素タンク５１と、圧縮機５２と、開閉弁５３とを有する。酸素供給経路Ｌ３１は、一端部が第２循環経路Ｌ１２に接続され、他端部に酸素タンク５１が接続される。圧縮機５２と開閉弁５３は、酸素供給経路Ｌ３１に設けられる。開閉弁５３は、酸素供給経路Ｌ３１における圧縮機５２の下流側に設けられる。 The oxygen supply device 41 has an oxygen supply path L31, an oxygen tank 51, a compressor 52, and an on-off valve 53. One end of the oxygen supply path L31 is connected to the second circulation path L12, and the other end is connected to the oxygen tank 51. The compressor 52 and the on-off valve 53 are provided in the oxygen supply path L31. The on-off valve 53 is provided downstream of the compressor 52 in the oxygen supply path L31.

圧縮機５２を駆動し、開閉弁５３を開放すると、酸素タンク５１の酸素が圧縮された後、酸素供給経路Ｌ３１を通して第２循環経路Ｌ１２に供給される。酸素の圧力は、第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムの圧力より高い。酸素は、第２循環経路Ｌ１２にて、２次ヘリウム中の水素、二重水素、三重水素（トリチウム）に接触する。ここで、２次ヘリウム中の水素、二重水素、三重水素（トリチウム）は、酸素により酸化され、トリチウムを含んだ水になる。 When the compressor 52 is driven and the on-off valve 53 is opened, the oxygen in the oxygen tank 51 is compressed and then supplied to the second circulation path L12 through the oxygen supply path L31. The pressure of the oxygen is higher than the pressure of the secondary helium flowing through the second circulation path L12. In the second circulation path L12, the oxygen comes into contact with the hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) in the secondary helium. Here, the hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) in the secondary helium are oxidized by the oxygen to become water containing tritium.

なお、酸素供給装置４１は、酸素タンク５１の酸素を圧縮機５２で圧縮して第２循環経路Ｌ１２に供給したが、この構成に限定されるものではない。例えば、第２循環経路Ｌ１２に高圧の酸素が貯留された酸素ボンベを接続してもよく、この場合、圧縮機５２が不要になる。また、酸素の代わりに酸素を含む圧縮空気を第２循環経路Ｌ１２に供給してもよい。この場合、第２循環経路Ｌ１２に供給された空気は、水素などを酸化することで酸素が消費されるものの、窒素などが消費されずに残留される。そのため、第２循環経路Ｌ１２に窒素除去装置を設けることが好ましい。 In the oxygen supply device 41, the oxygen in the oxygen tank 51 is compressed by the compressor 52 and supplied to the second circulation path L12, but this configuration is not limited to this. For example, an oxygen cylinder storing high-pressure oxygen may be connected to the second circulation path L12, in which case the compressor 52 is not required. Also, compressed air containing oxygen may be supplied to the second circulation path L12 instead of oxygen. In this case, the air supplied to the second circulation path L12 consumes oxygen by oxidizing hydrogen and the like, but nitrogen and the like remain unconsumed. For this reason, it is preferable to provide a nitrogen removal device in the second circulation path L12.

第２純化装置４２は、第１純化装置２４と同様であり、酸化銅触媒５４とモレキュラーシーブ５５とを有する。第２循環経路Ｌ１２は、迂回経路Ｌ４１および戻し経路Ｌ４２を介して第２純化装置４２が連結される。なお、迂回経路Ｌ４１は、オリフィスなどの絞り弁を設けることが好ましい。 The second purification device 42 is similar to the first purification device 24 and has a copper oxide catalyst 54 and a molecular sieve 55. The second circulation path L12 is connected to the second purification device 42 via a bypass path L41 and a return path L42. It is preferable that the bypass path L41 is provided with a throttle valve such as an orifice.

第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムは、一部が迂回経路Ｌ４１を通して第２純化装置４２に流れる。２次ヘリウムは、酸化銅触媒５４により水素、二重水素、三重水素（トリチウム）を水やトリチウム水に酸化する。モレキュラーシーブ５５は、トリチウム水のトリチウムを吸着して除湿する。水分を吸着したモレキュラーシーブ５５は、加熱して水分を蒸発させることで再生される。水素などが除去された２次ヘリウムは、戻し経路Ｌ４２を通して第２循環経路Ｌ１２に戻される。 A portion of the secondary helium flowing through the second circulation path L12 flows to the second purification device 42 via the bypass path L41. The secondary helium oxidizes hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) to water and tritiated water via the copper oxide catalyst 54. The molecular sieve 55 adsorbs the tritium from the tritiated water to dehumidify it. The molecular sieve 55 that has adsorbed moisture is regenerated by heating it to evaporate the moisture. The secondary helium from which hydrogen and other contaminants have been removed is returned to the second circulation path L12 via the return path L42.

＜熱供給方法＞
第１実施形態の熱供給方法は、６００℃以上の熱エネルギーにより加熱された１次ヘリウム（１次熱媒体）を用いて２次ヘリウム（２次熱媒体）を加熱する工程と、１次ヘリウムで加熱された２次ヘリウムにより発電装置（作動装置）１３を作動する工程と、２次ヘリウムに酸素を供給する工程と、２次ヘリウムに混在する水素の同位体を除去する工程とを有する。 <Heat supply method>
The heat supply method of the first embodiment includes a step of heating secondary helium (secondary heat medium) using primary helium (primary heat medium) heated by thermal energy of 600° C. or higher, a step of operating a power generation device (operating device) 13 with the secondary helium heated by the primary helium, a step of supplying oxygen to the secondary helium, and a step of removing hydrogen isotopes mixed in the secondary helium.

具体的に説明すると、熱源１１としての高温ガス炉は、例えば、９５０℃の１次ヘリウムを生成する。高温の１次ヘリウムは、第１循環経路Ｌ１１を流れ、熱交換器１２にて、第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムと交換を行い、２次ヘリウムを、例えば、９００℃まで加熱する。熱交換器１２で熱交換された２次ヘリウムは、第２循環経路Ｌ１２を循環し、発電装置１３に供給される。 Specifically, the high-temperature gas reactor as the heat source 11 generates primary helium at, for example, 950°C. The high-temperature primary helium flows through the first circulation path L11 and is exchanged in the heat exchanger 12 with secondary helium flowing through the second circulation path L12, and the secondary helium is heated to, for example, 900°C. The secondary helium that has been heat exchanged in the heat exchanger 12 circulates through the second circulation path L12 and is supplied to the power generation device 13.

発電装置１３にて、タービン３１は、第２循環経路Ｌ１２から供給される高温の２次ヘリウムにより駆動し、発電機３３は、タービン３１の駆動回転力が伝達されることで駆動し、発電を行う。タービン３１を駆動した２次ヘリウムは、再生熱交換器３４、冷却器３５、圧縮機３２を経て第２循環経路Ｌ１２に戻される。 In the power generation device 13, the turbine 31 is driven by high-temperature secondary helium supplied from the second circulation path L12, and the generator 33 is driven by the driving torque of the turbine 31, generating electricity. The secondary helium that drives the turbine 31 is returned to the second circulation path L12 via the regenerative heat exchanger 34, the cooler 35, and the compressor 32.

このとき、酸素供給装置４１は、圧縮機５２を駆動し、開閉弁５３を開放する。すると、酸素タンク５１の酸素が酸素供給経路Ｌ３１を通して第２循環経路Ｌ１２に供給される。第２循環経路Ｌ１２に酸素が供給されると、２次ヘリウム中の水素、二重水素、三重水素（トリチウム）は、酸素が接触することで酸化され、水やトリチウム水になる。 At this time, the oxygen supply device 41 drives the compressor 52 and opens the on-off valve 53. Then, oxygen from the oxygen tank 51 is supplied to the second circulation path L12 through the oxygen supply path L31. When oxygen is supplied to the second circulation path L12, the hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) in the secondary helium are oxidized by contact with the oxygen, becoming water or tritiated water.

また、第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムは、一部が迂回経路Ｌ４１を通して第２純化装置４２に流れる。２次ヘリウムは、酸化銅触媒５４で水素、二重水素、三重水素（トリチウム）が酸化され、水やトリチウム水になる。このとき、２次ヘリウムは、酸素が含まれていることから、酸化銅触媒５４による酸化機能が向上すると共に、酸化触媒作用の負荷が軽減され、水素などの除去率が向上する。モレキュラーシーブ５５は、トリチウム水のトリチウムを吸着して除湿する。水素、二重水素、三重水素（トリチウム）が除去された２次ヘリウムは、戻し経路Ｌ４２を通して第２循環経路Ｌ１２に戻される。 In addition, a portion of the secondary helium flowing through the second circulation path L12 flows to the second purification device 42 via the bypass path L41. The hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) in the secondary helium are oxidized by the copper oxide catalyst 54 to become water and tritiated water. At this time, since the secondary helium contains oxygen, the oxidation function of the copper oxide catalyst 54 is improved, and the load on the oxidation catalyst action is reduced, improving the removal rate of hydrogen and other substances. The molecular sieve 55 adsorbs the tritium in the tritiated water to dehumidify it. The secondary helium from which hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) have been removed is returned to the second circulation path L12 via the return path L42.

酸素供給装置４１により酸素が供給された２次ヘリウムは、熱交換器１２に戻される。このとき、熱交換器１２の伝熱管は、２次ヘリウムに含まれる酸素により表面に酸化被膜が形成される。そのため、伝熱管に対する水素、二重水素、三重水素（トリチウム）の透過が抑制される。すなわち、第１循環経路Ｌ１１を流れる１次ヘリウムから第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムへの水素、二重水素、三重水素（トリチウム）の混入を抑制することができる。 The secondary helium to which oxygen has been supplied by the oxygen supply device 41 is returned to the heat exchanger 12. At this time, an oxide film is formed on the surface of the heat transfer tube of the heat exchanger 12 by the oxygen contained in the secondary helium. This prevents hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) from permeating the heat transfer tube. In other words, it is possible to prevent hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) from mixing from the primary helium flowing through the first circulation path L11 to the secondary helium flowing through the second circulation path L12.

［第２実施形態］
図２は、第２実施形態の熱供給システムを表す概略構成図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 [Second embodiment]
2 is a schematic diagram showing the configuration of a heat supply system according to a second embodiment of the present invention. Note that members having the same functions as those in the first embodiment described above are given the same reference numerals and detailed descriptions thereof are omitted.

第２実施形態において、図２に示すように、熱供給システム１０Ａは、熱源１１と、熱交換器１２と、発電装置（作動装置）１３と、水素除去装置１４Ａとを備える。 In the second embodiment, as shown in FIG. 2, the heat supply system 10A includes a heat source 11, a heat exchanger 12, a power generation device (operating device) 13, and a hydrogen removal device 14A.

水素除去装置１４Ａは、酸素供給装置４１と、第２純化装置４２とを備える。酸素供給装置４１は、酸素供給経路Ｌ３１と、酸素タンク５１と、圧縮機５２と、開閉弁５３とを有する。開閉弁５３は、流量調整弁である。第２純化装置４２は、酸化銅触媒５４とモレキュラーシーブ５５とを有する。 The hydrogen removal device 14A includes an oxygen supply device 41 and a second purification device 42. The oxygen supply device 41 includes an oxygen supply path L31, an oxygen tank 51, a compressor 52, and an on-off valve 53. The on-off valve 53 is a flow rate control valve. The second purification device 42 includes a copper oxide catalyst 54 and a molecular sieve 55.

第２純化装置４２における戻し経路Ｌ４２は、迂回経路Ｌ４３が設けられる。迂回経路Ｌ４３は、酸素濃度計５６が設けられる。第２純化装置４２により水素などが除去された２次ヘリウムは、戻し経路Ｌ４２により第２循環経路Ｌ１２に戻される。戻し経路Ｌ４２を流れる２次ヘリウムは、一部が迂回経路Ｌ４３に流れる。酸素濃度計５６は、迂回経路Ｌ４３を流れる２次ヘリウムに含まれる酸素の濃度（酸素濃度）を計測する。開閉弁５３は、酸素濃度計５６が計測した２次ヘリウム中の酸素濃度に応じて開度が調整される。すなわち、開閉弁５３は、２次ヘリウム中の酸素濃度が予め設定された酸素判定値より低ければ、開度が大きくなるように調整される。一方、開閉弁５３は、２次ヘリウム中の酸素濃度が酸素判定値以上であれば、開度が小さくなるように調整される。 The return path L42 in the second purification device 42 is provided with a bypass path L43. The bypass path L43 is provided with an oxygen concentration meter 56. The secondary helium from which hydrogen and the like have been removed by the second purification device 42 is returned to the second circulation path L12 by the return path L42. A portion of the secondary helium flowing through the return path L42 flows into the bypass path L43. The oxygen concentration meter 56 measures the concentration of oxygen (oxygen concentration) contained in the secondary helium flowing through the bypass path L43. The opening degree of the on-off valve 53 is adjusted according to the oxygen concentration in the secondary helium measured by the oxygen concentration meter 56. That is, if the oxygen concentration in the secondary helium is lower than a preset oxygen judgment value, the on-off valve 53 is adjusted to open larger. On the other hand, if the oxygen concentration in the secondary helium is equal to or higher than the oxygen judgment value, the on-off valve 53 is adjusted to open smaller.

なお、水素除去装置１４Ａは、迂回経路Ｌ４３に設けられた酸素濃度計５６に代えて、水素濃度計を設けてもよい。水素濃度計は、迂回経路Ｌ４３を流れる２次ヘリウムに含まれる水素の濃度（水素濃度）を計測する。開閉弁５３は、水素濃度計が計測した２次ヘリウム中の水素濃度に応じて開度が調整される。すなわち、開閉弁５３は、２次ヘリウム中の水素濃度が予め設定された水素判定値より低ければ、開度が小さくなるように調整される。一方、開閉弁５３は、２次ヘリウム中の水素濃度が水素判定値以上であれば、開度が大きくなるように調整される。 The hydrogen removal device 14A may be provided with a hydrogen concentration meter instead of the oxygen concentration meter 56 provided in the bypass path L43. The hydrogen concentration meter measures the concentration of hydrogen (hydrogen concentration) contained in the secondary helium flowing through the bypass path L43. The opening of the on-off valve 53 is adjusted according to the hydrogen concentration in the secondary helium measured by the hydrogen concentration meter. That is, the on-off valve 53 is adjusted to have a smaller opening if the hydrogen concentration in the secondary helium is lower than a preset hydrogen judgment value. On the other hand, the on-off valve 53 is adjusted to have a larger opening if the hydrogen concentration in the secondary helium is equal to or higher than the hydrogen judgment value.

第２実施形態の熱供給方法において、熱交換器１２は、第１循環経路Ｌ１１を流れる１次ヘリウムと第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムと交換を行い、２次ヘリウムを加熱する。熱交換器１２で熱交換された２次ヘリウムは、第２循環経路Ｌ１２を循環し、発電装置１３に供給される。発電装置１３にて、タービン３１は、高温の２次ヘリウムにより駆動し、発電機３２を駆動して発電を行う。 In the heat supply method of the second embodiment, the heat exchanger 12 exchanges the primary helium flowing through the first circulation path L11 with the secondary helium flowing through the second circulation path L12, and heats the secondary helium. The secondary helium that has been heat exchanged in the heat exchanger 12 circulates through the second circulation path L12 and is supplied to the power generation device 13. In the power generation device 13, the turbine 31 is driven by the high-temperature secondary helium, which drives the generator 32 to generate electricity.

酸素供給装置４１は、圧縮機５２を駆動し、開閉弁５３を開放することで、酸素タンク５１の酸素を酸素供給経路Ｌ３１から第２循環経路Ｌ１２に供給する。第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムは、２次ヘリウム中の水素、二重水素、三重水素（トリチウム）が酸素により酸化されて水やトリチウム水になる。 The oxygen supply device 41 drives the compressor 52 and opens the on-off valve 53 to supply oxygen from the oxygen tank 51 from the oxygen supply path L31 to the second circulation path L12. The hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) in the secondary helium flowing through the second circulation path L12 are oxidized by oxygen to become water or tritiated water.

また、第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムは、一部が迂回経路Ｌ４１を通して第２純化装置４２に流れ、酸化銅触媒５４により２次ヘリウム中の水素、二重水素、三重水素（トリチウム）が酸化されて水やトリチウム水になる。そして、水素、二重水素、三重水素（トリチウム）が除去された２次ヘリウムは、戻し経路Ｌ４２を通して第２循環経路Ｌ１２に戻される。 In addition, a portion of the secondary helium flowing through the second circulation path L12 flows through the bypass path L41 to the second purification device 42, where the hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) in the secondary helium are oxidized by the copper oxide catalyst 54 to become water and tritiated water. The secondary helium from which the hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) have been removed is then returned to the second circulation path L12 through the return path L42.

このとき、戻し経路Ｌ４２を流れる２次ヘリウムは、一部が迂回経路Ｌ４３に流れる。迂回経路Ｌ４３に設けられた酸素濃度計５６は、迂回経路Ｌ４３を流れる２次ヘリウムの酸素濃度を計測する。開閉弁５３は、酸素濃度計５６が計測した２次ヘリウム中の酸素濃度に応じて開度が調整される。すなわち、酸素供給装置４１は、第２循環経路Ｌ１２に酸素を供給し、酸素は、２次ヘリウム中の水素、二重水素、三重水素（トリチウム）を酸化したり、酸化銅触媒５４の酸化機能を向上させたり、熱交換器１２の伝熱管に酸化被膜を形成したりすることで消費される。酸素濃度計５６は、酸素消費後の２次ヘリウム中の酸素濃度を計測し、酸素判定値と比較する。そして、２次ヘリウム中の酸素量が多すぎるときは、開閉弁５３の開度を小さくし、２次ヘリウム中の酸素量が少なすぎるときは、開閉弁５３の開度を大きくする。 At this time, a portion of the secondary helium flowing through the return path L42 flows into the bypass path L43. An oxygen concentration meter 56 provided in the bypass path L43 measures the oxygen concentration of the secondary helium flowing through the bypass path L43. The opening of the on-off valve 53 is adjusted according to the oxygen concentration in the secondary helium measured by the oxygen concentration meter 56. That is, the oxygen supply device 41 supplies oxygen to the second circulation path L12, and the oxygen is consumed by oxidizing hydrogen, deuterium, and tritium in the secondary helium, improving the oxidation function of the copper oxide catalyst 54, and forming an oxide film on the heat transfer tube of the heat exchanger 12. The oxygen concentration meter 56 measures the oxygen concentration in the secondary helium after oxygen consumption and compares it with the oxygen judgment value. Then, when the amount of oxygen in the secondary helium is too much, the opening of the on-off valve 53 is reduced, and when the amount of oxygen in the secondary helium is too little, the opening of the on-off valve 53 is increased.

［第３実施形態］
図３は、第３実施形態の熱供給システムを表す概略構成図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 [Third embodiment]
3 is a schematic diagram showing the configuration of a heat supply system according to a third embodiment. Note that members having the same functions as those in the first embodiment described above are given the same reference numerals and detailed descriptions thereof are omitted.

第３実施形態において、図３に示すように、熱供給システム１０Ｂは、熱源１１と、熱交換器１２と、発電装置（作動装置）１３と、水素除去装置６１とを備える。 In the third embodiment, as shown in FIG. 3, the heat supply system 10B includes a heat source 11, a heat exchanger 12, a power generation device (operating device) 13, and a hydrogen removal device 61.

水素除去装置６１は、水素分離装置６２と、切替装置６３と、第１純化装置６４と、第２純化装置６５とを備える。 The hydrogen removal device 61 includes a hydrogen separation device 62, a switching device 63, a first purification device 64, and a second purification device 65.

水素分離装置６２は、水素透過金属膜７１を有する。第２循環経路Ｌ１２は、迂回経路Ｌ５１および戻し経路Ｌ５２により水素分離装置６２が接続される。水素分離装置６２は、水素透過金属膜７１を用いて、２次ヘリウムから水素の同位体としての水素、二重水素、三重水素（トリチウム）を分離する。ここで、水素透過金属膜７１は、パラジウム合金膜である。パラジウム合金膜は、例えば、パラジウム（Ｐｂ）７５％に、銀（Ａｇ）、金（ＡＵ），ルテニウム（Ｒｕ）が含まれる合金であるが、この配合や含有率に限定されるものではない。また、水素透過金属膜７１は、パラジウムに代えて、ニオブ（Ｎｂ）やバナジウム（Ｖ）などの５族の金属を用いてもよい。 The hydrogen separation device 62 has a hydrogen permeable metal membrane 71. The second circulation path L12 is connected to the hydrogen separation device 62 by the bypass path L51 and the return path L52. The hydrogen separation device 62 separates hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) as hydrogen isotopes from the secondary helium using the hydrogen permeable metal membrane 71. Here, the hydrogen permeable metal membrane 71 is a palladium alloy membrane. The palladium alloy membrane is, for example, an alloy containing 75% palladium (Pb), silver (Ag), gold (AU), and ruthenium (Ru), but is not limited to this composition and content. In addition, the hydrogen permeable metal membrane 71 may use a Group 5 metal such as niobium (Nb) or vanadium (V) instead of palladium.

水素分離装置６２は、水素透過金属膜７１を透過する水素の同位体の透過速度を用いて水素と二重水素および三重水素とに分離する。水素は、２個の水素原子からなる水素分子として存在する。水素分子は、水素透過金属膜７１の高圧側の表面に付着する。ここで、水素分子は、解離し、水素原子が水素透過金属膜７１の内部に入り込んで溶解する。水素透過金属膜７１中の水素原子は、圧力が低い側に移動して拡散させる。そして、水素透過金属膜７１を透過した水素原子同士は、再結合しい水素分子になる。 The hydrogen separation device 62 separates hydrogen into deuterium and tritium using the permeation speed of hydrogen isotopes that permeate the hydrogen permeable metal membrane 71. Hydrogen exists as hydrogen molecules consisting of two hydrogen atoms. The hydrogen molecules attach to the surface of the hydrogen permeable metal membrane 71 on the high-pressure side. Here, the hydrogen molecules dissociate, and the hydrogen atoms penetrate into the hydrogen permeable metal membrane 71 and dissolve. The hydrogen atoms in the hydrogen permeable metal membrane 71 move to the lower pressure side and diffuse. The hydrogen atoms that permeate the hydrogen permeable metal membrane 71 then recombine to become hydrogen molecules.

このとき、水素、二重水素、三重水素（トリチウム）は、水素透過金属膜７１を透過する速度が相違する。水素透過金属膜７１を透過する速度は、水素が最も速く、次に、二重水素が早く、三重水素（トリチウム）が最も遅い。そして、水素の透過速度と二重水素の透過速度に大きな相違がある。 At this time, hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) have different speeds at which they permeate the hydrogen-permeable metal membrane 71. Hydrogen permeates the hydrogen-permeable metal membrane 71 the fastest, followed by deuterium, and tritium the slowest. There is also a large difference between the permeation speed of hydrogen and the permeation speed of deuterium.

水素分離装置６２は、水素排出経路Ｌ５３を介して切替装置６３が接続される。切替装置６３は、切替経路Ｌ５４，Ｌ５５を介して第１純化装置６４と第２純化装置６５がそれぞれ接続される。第１純化装置６４は、酸化銅触媒７２とモレキュラーシーブ７３とを有する。第２純化装置６５は、酸化銅触媒７４とモレキュラーシーブ７５とを有する。 The hydrogen separation device 62 is connected to a switching device 63 via a hydrogen discharge path L53. The switching device 63 is connected to a first purification device 64 and a second purification device 65 via switching paths L54 and L55, respectively. The first purification device 64 has a copper oxide catalyst 72 and a molecular sieve 73. The second purification device 65 has a copper oxide catalyst 74 and a molecular sieve 75.

例えば、迂回経路Ｌ５１に開閉弁を設け、開閉弁を所定時間だけ開放することで、水素分離装置６２に所定量の２次ヘリウムを貯留させる。すると、水素分離装置６２では、２次ヘリウム中の水素、二重水素、三重水素（トリチウム）が順に水素透過金属膜７１を透過していき、水素排出経路Ｌ５３に排出される。このとき、切替装置６３は、水素排出経路Ｌ５３と切替経路Ｌ５４を接続しておく。すると、早期に水素透過金属膜７１を透過した水素は、水素排出経路Ｌ５３と切替経路Ｌ５４を通って第１純化装置６４に流れて処理され、水になる。 For example, an on-off valve is provided in the bypass path L51, and the on-off valve is opened for a predetermined period of time to store a predetermined amount of secondary helium in the hydrogen separation device 62. Then, in the hydrogen separation device 62, hydrogen, deuterium, and tritium in the secondary helium permeate the hydrogen permeable metal membrane 71 in order and are discharged to the hydrogen discharge path L53. At this time, the switching device 63 connects the hydrogen discharge path L53 and the switching path L54. Then, the hydrogen that permeates the hydrogen permeable metal membrane 71 early on flows through the hydrogen discharge path L53 and the switching path L54 to the first purification device 64, where it is processed and turned into water.

水素分離装置６２に２次ヘリウムが貯留されてから、所定時間が経過すると、２次ヘリウム中の水素が水素透過金属膜７１を透過する。このとき、切替装置６３は、水素排出経路Ｌ５３と切替経路Ｌ５５を接続する。すると、次に水素透過金属膜７１を透過した二重水素、三重水素（トリチウム）は、水素排出経路Ｌ５３と切替経路Ｌ５５を通って第２純化装置６５に流れて処理され、トリチウム水になる。 When a predetermined time has elapsed since the secondary helium was stored in the hydrogen separation device 62, the hydrogen in the secondary helium permeates the hydrogen permeable metal membrane 71. At this time, the switching device 63 connects the hydrogen discharge path L53 to the switching path L55. Next, the deuterium and tritium (tritium) that permeate the hydrogen permeable metal membrane 71 flow through the hydrogen discharge path L53 and the switching path L55 to the second purification device 65, where they are processed and become tritiated water.

この場合、切替装置６３は、水素排出経路Ｌ５３と切替経路Ｌ５４，Ｌ５５との間の切り替え時期を時間により管理している。但し、この構成に限定されるものではない。例えば、水素排出経路Ｌ５３に水素の放射性濃度を検出する放射性濃度計を設けてもよい。二重水素の原子核は、１つの陽子と１つの中性子からなり、三重水素（トリチウム）は、１つの陽子と２つの中性子からなる。そのため、放射性濃度計は、中性子を計測することで、二重水素や三重水素（トリチウム）を検出する。放射性濃度計が二重水素または三重水素（トリチウム）を検出すると、切替装置６３を作動させる。 In this case, the switching device 63 manages the timing of switching between the hydrogen discharge path L53 and the switching paths L54 and L55 based on time. However, this configuration is not limited to this. For example, a radioactive concentration meter that detects the radioactive concentration of hydrogen may be provided in the hydrogen discharge path L53. The atomic nucleus of deuterium consists of one proton and one neutron, and tritium (tritium) consists of one proton and two neutrons. Therefore, the radioactive concentration meter detects deuterium and tritium (tritium) by measuring neutrons. When the radioactive concentration meter detects deuterium or tritium (tritium), it activates the switching device 63.

第３実施形態の熱供給方法は、６００℃以上の熱エネルギーにより加熱された１次ヘリウム（１次熱媒体）を用いて２次ヘリウム（２次熱媒体）を加熱する工程と、１次ヘリウムで加熱された２次ヘリウムにより発電装置（作動装置）１３を作動する工程と、水素透過金属膜７１を用いて２次ヘリウムから混在する水素の同位体を分離する工程とを有する。 The heat supply method of the third embodiment includes a process of heating secondary helium (secondary heat medium) using primary helium (primary heat medium) heated by thermal energy of 600°C or higher, a process of operating a power generation device (operating device) 13 using the secondary helium heated by the primary helium, and a process of separating hydrogen isotopes mixed in the secondary helium using a hydrogen-permeable metal membrane 71.

具体的に説明すると、熱交換器１２は、第１循環経路Ｌ１１を流れる１次ヘリウムと第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムと交換を行い、２次ヘリウムを加熱する。熱交換器１２で熱交換された２次ヘリウムは、第２循環経路Ｌ１２を循環し、発電装置１３に供給される。発電装置１３にて、タービン３１は、高温の２次ヘリウムにより駆動し、発電機３２を駆動して発電を行う。 Specifically, the heat exchanger 12 exchanges the primary helium flowing through the first circulation path L11 with the secondary helium flowing through the second circulation path L12, and heats the secondary helium. The secondary helium that has been heat exchanged in the heat exchanger 12 circulates through the second circulation path L12 and is supplied to the power generation device 13. In the power generation device 13, the turbine 31 is driven by the high-temperature secondary helium, which drives the generator 32 to generate electricity.

第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムは、一部が迂回経路Ｌ５１を通して水素分離装置６２に流れる。水素分離装置６２にて、２次ヘリウムは、高圧であることから、２次ヘリウム中の水素、二重水素、三重水素（トリチウム）は、順に水素透過金属膜７１を透過し、水素排出経路Ｌ５３に排出される。まず、切替装置６３は、水素排出経路Ｌ５３を切替経路Ｌ５４に接続しておく。すると、早期に水素透過金属膜７１を透過した水素は、水素排出経路Ｌ５３から切替経路Ｌ５４を通って第１純化装置６４に流れる。第１純化装置２４は、この水素を酸化して水にする。 A portion of the secondary helium flowing through the second circulation path L12 flows to the hydrogen separation device 62 via the bypass path L51. In the hydrogen separation device 62, the secondary helium is under high pressure, so hydrogen, deuterium, and tritium in the secondary helium permeate the hydrogen permeable metal membrane 71 in order and are discharged to the hydrogen discharge path L53. First, the switching device 63 connects the hydrogen discharge path L53 to the switching path L54. Then, hydrogen that permeates the hydrogen permeable metal membrane 71 early flows from the hydrogen discharge path L53 through the switching path L54 to the first purification device 64. The first purification device 24 oxidizes this hydrogen to water.

そして、所定時間が経過すると、２次ヘリウム中の二重水素や三重水素（トリチウム）が水素透過金属膜７１を透過し始める。このとき、切替装置６３は、水素排出経路Ｌ５３を切替経路Ｌ５５に接続する。すると、次に、水素透過金属膜７１を透過した二重水素や三重水素（トリチウム）は、水素排出経路Ｌ５３から切替経路Ｌ５５を通って第２純化装置６５に流れる。第２純化装置６５は、この二重水素や三重水素（トリチウム）を酸化してトリチウム水とする。一方、水素、二重水素、三重水素（トリチウム）が除去された２次ヘリウムは、水素分離装置６２から戻し経路Ｌ５２を通して第２循環経路Ｌ１２に戻される。 After a predetermined time has elapsed, the deuterium and tritium (tritium) in the secondary helium begin to permeate the hydrogen permeable metal membrane 71. At this time, the switching device 63 connects the hydrogen discharge path L53 to the switching path L55. The deuterium and tritium (tritium) that have permeated the hydrogen permeable metal membrane 71 then flow from the hydrogen discharge path L53 through the switching path L55 to the second purification device 65. The second purification device 65 oxidizes the deuterium and tritium (tritium) to produce tritiated water. Meanwhile, the secondary helium from which hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) have been removed is returned from the hydrogen separation device 62 to the second circulation path L12 through the return path L52.

［第４実施形態］
図４は、第４実施形態の熱供給システムを表す概略構成図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 [Fourth embodiment]
4 is a schematic diagram showing a heat supply system according to a fourth embodiment of the present invention. Note that members having the same functions as those in the first embodiment described above are given the same reference numerals and detailed descriptions thereof are omitted.

第４実施形態において、図４に示すように、熱供給システム１０Ｃは、熱源１１と、熱交換器１２と、発電装置（作動装置）１３と、水素除去装置８１とを備える。 In the fourth embodiment, as shown in FIG. 4, the heat supply system 10C includes a heat source 11, a heat exchanger 12, a power generation device (operating device) 13, and a hydrogen removal device 81.

水素除去装置８１は、酸素供給装置４１と、水素除去装置６１とを備える。 The hydrogen removal device 81 includes an oxygen supply device 41 and a hydrogen removal device 61.

酸素供給装置４１と水素除去装置８１は、第２循環経路Ｌ１２に設けられる。酸素供給装置４１は、第２循環経路Ｌ１２における水素除去装置８１より上流側に設けられる。 The oxygen supply device 41 and the hydrogen removal device 81 are provided in the second circulation path L12. The oxygen supply device 41 is provided upstream of the hydrogen removal device 81 in the second circulation path L12.

なお、酸素供給装置４１は、第１実施形態で説明したものであり、水素除去装置６１は、第３実施形態で説明したものであることから、構成の説明は省略する。また、酸素供給装置４１と水素除去装置６１の作用も、各実施形態で説明したものと同様であることから説明は省略する。 The oxygen supply device 41 is the one described in the first embodiment, and the hydrogen removal device 61 is the one described in the third embodiment, so a description of the configuration will be omitted. The functions of the oxygen supply device 41 and the hydrogen removal device 61 are also similar to those described in each embodiment, so a description will be omitted.

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る熱供給システムは、６００℃以上の熱エネルギーにより加熱された１次ヘリウム（１次熱媒体）を用いて２次ヘリウム（２次熱媒体）を加熱する熱交換器１２と、１次ヘリウムで加熱された２次ヘリウムにより作動する発電装置（作動装置）１３と、２次ヘリウムにある水素の同位体を除去する水素除去装置１４，１４Ａ，６１，８１と、を備える。 [Effects of this embodiment]
The heat supply system of the first aspect comprises a heat exchanger 12 that heats secondary helium (secondary heat medium) using primary helium (primary heat medium) heated by thermal energy of 600°C or more, a power generation device (operating device) 13 that operates using secondary helium heated by the primary helium, and a hydrogen removal device 14, 14A, 61, 81 that removes hydrogen isotopes in the secondary helium.

第１の態様に係る熱供給システムによれば、熱交換器１２で加熱された２次ヘリウムを発電装置３に供給して作動させるとき、水素除去装置１４，１４Ａ，６１，８１は、２次ヘリウムにある水素の同位体を除去する。そのため、水素の同位体を効率良く除去することができる。 According to the heat supply system of the first aspect, when the secondary helium heated by the heat exchanger 12 is supplied to the power generation device 3 to operate it, the hydrogen removal devices 14, 14A, 61, and 81 remove the hydrogen isotopes in the secondary helium. Therefore, the hydrogen isotopes can be removed efficiently.

第２の態様に係る熱供給システムは、水素除去装置１４，１４Ａは、２次ヘリウムに酸素を供給する酸素供給装置４１を有する。これにより、第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウム中の水素、二重水素、三重水素（トリチウム）は、供給された酸素によりで酸化されて水やトリチウムになることから、２次ヘリウム中の水素の同位体を適切に除去することができる。また、酸素が供給された２次ヘリウムが熱交換器１２に戻されるため、２次ヘリウム中の酸素により熱交換器１２を構成する伝熱管の表面に酸化被膜が形成される。そのため、第１循環経路Ｌ１１を流れる１次ヘリウムから第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムへの水素、二重水素、三重水素（トリチウム）の混入を抑制することができる。 In the heat supply system according to the second aspect, the hydrogen removal device 14, 14A has an oxygen supply device 41 that supplies oxygen to the secondary helium. As a result, the hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) in the secondary helium flowing through the second circulation path L12 are oxidized by the supplied oxygen to become water and tritium, so that the hydrogen isotopes in the secondary helium can be appropriately removed. In addition, since the secondary helium to which oxygen has been supplied is returned to the heat exchanger 12, an oxide film is formed on the surface of the heat transfer tube that constitutes the heat exchanger 12 by the oxygen in the secondary helium. Therefore, it is possible to suppress the mixing of hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) from the primary helium flowing through the first circulation path L11 to the secondary helium flowing through the second circulation path L12.

第３の態様に係る熱供給システムは、酸素供給装置４１は、２次ヘリウムの水素濃度または酸素濃度に応じて２次ヘリウムに供給する酸素量を調整する。これにより、２次ヘリウムに対して適量の酸素を供給することができる。 In the heat supply system according to the third aspect, the oxygen supply device 41 adjusts the amount of oxygen supplied to the secondary helium depending on the hydrogen concentration or oxygen concentration of the secondary helium. This allows an appropriate amount of oxygen to be supplied to the secondary helium.

第４の態様に係る熱供給システムは、水素除去装置１４，１４Ａ，６１，６８は、酸化銅触媒５４，７２，７４とモレキュラーシーブ５５，７３，７５とから構成される純化装置４２，６４，６５を有する。これにより、２次ヘリウム中の水素の同位体を適切に除去することができる。 In the heat supply system according to the fourth aspect, the hydrogen removal device 14, 14A, 61, 68 has a purification device 42, 64, 65 composed of a copper oxide catalyst 54, 72, 74 and a molecular sieve 55, 73, 75. This allows the hydrogen isotopes in the secondary helium to be appropriately removed.

第５の態様に係る熱供給システムは、２次ヘリウムの第２循環経路Ｌ１２に第２純化装置４２が設けられると共に、第２循環経路Ｌ１２における第２純化装置４２より上流側に酸素供給装置４１が設けられる。これにより、酸素供給装置４１により酸素が供給された２次ヘリウムが第２純化装置４２に流れることとなり、第２純化装置４２は、酸素が含まれている２次ヘリウムを処理することとなり、酸化銅触媒５４による酸化機能が向上することができると共に、酸化触媒作用の負荷が軽減され、水素などの除去率を向上することができる。 The heat supply system according to the fifth aspect is provided with a second purification device 42 on the second circulation path L12 of the secondary helium, and an oxygen supply device 41 is provided upstream of the second purification device 42 on the second circulation path L12. As a result, the secondary helium to which oxygen has been supplied by the oxygen supply device 41 flows into the second purification device 42, and the second purification device 42 processes the secondary helium containing oxygen, improving the oxidation function of the copper oxide catalyst 54 and reducing the load on the oxidation catalyst action, thereby improving the removal rate of hydrogen and the like.

第６の態様に係る熱供給システムは、水素除去装置６１は、水素透過金属膜７１を用いて２次ヘリウムから水素の同位体を分離する水素分離装置６２を有する。これにより、簡単な構成で容易に２次ヘリウム中の水素の同位体を除去することができる。 In the heat supply system according to the sixth aspect, the hydrogen removal device 61 has a hydrogen separation device 62 that separates hydrogen isotopes from the secondary helium using a hydrogen-permeable metal membrane 71. This makes it possible to easily remove hydrogen isotopes from the secondary helium with a simple configuration.

第７の態様に係る熱供給システムは、水素分離装置６２は、水素透過金属膜７１を透過した水素の同位体を水素と水素以外の水素の同位体とに分離する。これにより、三重水素（トリチウム）を適切に処理することができる。 In the heat supply system according to the seventh aspect, the hydrogen separator 62 separates the hydrogen isotopes that have permeated the hydrogen-permeable metal membrane 71 into hydrogen and hydrogen isotopes other than hydrogen. This allows tritium to be appropriately treated.

第８の態様に係る熱供給システムは、水素分離装置６２は、水素透過金属膜７１を透過する水素の同位体の透過速度を用いて水素と三重水素（トリチウム）とに分離する。これにより、水素が水素透過金属膜７１を透過した後、排出経路を切り替えて二重水素と三重水素（トリチウム）を排出処理することで、三重水素（トリチウム）を適切に分離することができる。 In the heat supply system according to the eighth aspect, the hydrogen separation device 62 separates hydrogen and tritium (tritium) using the permeation speed of hydrogen isotopes that permeate the hydrogen permeable metal membrane 71. As a result, after hydrogen permeates the hydrogen permeable metal membrane 71, the exhaust path is switched to exhaust deuterium and tritium (tritium), thereby allowing the tritium (tritium) to be properly separated.

第９の態様に係る熱供給システムは、水素分離装置６２は、分離された水素を処理するする酸化銅触媒７２とモレキュラーシーブ７３とから構成される第１純化装置６４と、分離された三重水素を処理するする酸化銅触媒７４とモレキュラーシーブ７５とから構成される第２純化装置６５とを有する。これにより、２次ヘリウム中の水素の同位体を適切に除去することができる。 In the heat supply system according to the ninth aspect, the hydrogen separation device 62 has a first purification device 64 composed of a copper oxide catalyst 72 and a molecular sieve 73 for treating the separated hydrogen, and a second purification device 65 composed of a copper oxide catalyst 74 and a molecular sieve 75 for treating the separated tritium. This allows the hydrogen isotopes in the secondary helium to be appropriately removed.

第１０の態様に係る熱供給システムは、熱エネルギーを発生可能な熱源１１としては、高温ガス炉があり、熱交換器１２は、高温ガス炉で生成された１次ヘリウムの熱エネルギーにより２次ヘリウムを加熱する。これにより、二酸化炭素の発生量を低減することができる。 In the heat supply system according to the tenth aspect, the heat source 11 capable of generating thermal energy is a high-temperature gas reactor, and the heat exchanger 12 heats the secondary helium with the thermal energy of the primary helium generated in the high-temperature gas reactor. This makes it possible to reduce the amount of carbon dioxide generated.

第１１の態様に係る熱供給方法は、６００℃以上の熱エネルギーにより加熱された１次ヘリウム（１次熱媒体）を用いて２次ヘリウム（２次熱媒体）を加熱する工程と、１次ヘリウムで加熱された２次ヘリウムにより発電装置（作動装置）１３を作動する工程と、２次ヘリウムに酸素を供給する工程と、２次ヘリウムに混在する水素の同位体を除去する工程とを有する。これにより、２次ヘリウム中の水素、二重水素、三重水素（トリチウム）は、供給された酸素によりで酸化されて水やトリチウムになることから、２次ヘリウム中の水素の同位体を適切に除去することができる。また、酸素が供給された２次ヘリウムが熱交換器１２に流れるため、２次ヘリウム中の酸素により熱交換器１２を構成する伝熱管の表面に酸化被膜を形成することができ、１次ヘリウムから２次ヘリウムへの水素、二重水素、三重水素（トリチウム）の混入を抑制することができる。 The heat supply method according to the eleventh aspect includes a step of heating secondary helium (secondary heat medium) using primary helium (primary heat medium) heated by thermal energy of 600°C or more, a step of operating a power generation device (operating device) 13 by the secondary helium heated by the primary helium, a step of supplying oxygen to the secondary helium, and a step of removing hydrogen isotopes mixed in the secondary helium. As a result, hydrogen, deuterium, and tritium (tritium) in the secondary helium are oxidized by the supplied oxygen to become water and tritium, so that the hydrogen isotopes in the secondary helium can be appropriately removed. In addition, since the secondary helium to which oxygen has been supplied flows into the heat exchanger 12, an oxide film can be formed on the surface of the heat transfer tube constituting the heat exchanger 12 by the oxygen in the secondary helium, and the incorporation of hydrogen, deuterium, and tritium from the primary helium into the secondary helium can be suppressed.

第１２の態様に係る熱供給方法は、６００℃以上の熱エネルギーにより加熱された１次ヘリウム（１次熱媒体）を用いて２次ヘリウム（２次熱媒体）を加熱する工程と、１次ヘリウムで加熱された２次ヘリウムにより発電装置（作動装置）１３を作動する工程と、水素透過金属膜７１を用いて２次ヘリウムから混在する水素の同位体を分離する工程とを有する。これにより、水素の同位体を効率良く除去することができる。 The heat supply method according to the twelfth aspect includes a step of heating secondary helium (secondary heat medium) using primary helium (primary heat medium) heated by thermal energy of 600°C or higher, a step of operating a power generation device (operating device) 13 using the secondary helium heated by the primary helium, and a step of separating hydrogen isotopes mixed in from the secondary helium using a hydrogen-permeable metal membrane 71. This allows the hydrogen isotopes to be efficiently removed.

なお、上述した実施形態にて、作動装置を発電装置１３としたが、この構成に限定されるものではない。作動装置は、第２熱媒体の熱エネルギーを消費することができる装置であればよい。 In the above embodiment, the operating device is the power generation device 13, but this configuration is not limited to this. The operating device may be any device that can consume the thermal energy of the second heat medium.

また、上述した実施形態にて、熱源１１を高温ガス炉としたが、この構成に限定されるものではない。水素分離装置６２を用いて水素の同位体除去する水素除去装置６１を適用する場合、熱源１１は、高温ガス炉に限らず、軽水炉や高速増殖炉であってもよい。 In the above-described embodiment, the heat source 11 is a high-temperature gas reactor, but the present invention is not limited to this configuration. When applying a hydrogen removal device 61 that removes hydrogen isotopes using a hydrogen separation device 62, the heat source 11 is not limited to a high-temperature gas reactor, and may be a light water reactor or a fast breeder reactor.

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ熱供給システム
１１熱源
１２熱交換器
１３発電装置（作動装置）
１４，１４Ａ水素除去装置
１５循環ポンプ
２１再生熱交換器
２２冷却器
２３圧縮機
２４第１純化装置
３１タービン
３２圧縮機
３３発電機
３４再生熱交換器
３５冷却器
４１酸素供給装置
４２第２純化装置
５１酸素タンク
５２圧縮機
５３開閉弁
５４酸化銅触媒
５５モレキュラーシーブ
５６酸素濃度計
６１水素除去装置
６２水素分離装置
６３切替装置
７１水素透過金属膜
７２酸化銅触媒
７３モレキュラーシーブ
７４酸化銅触媒
７５モレキュラーシーブ
８１水素除去装置
Ｌ１１第１循環経路
Ｌ１２第２循環経路
Ｌ１３迂回経路
Ｌ１４戻し経路
Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４経路
Ｌ３１酸素供給経路
Ｌ４１迂回経路
Ｌ４２戻し経路
Ｌ４３迂回経路
Ｌ５１迂回経路
Ｌ５２戻し経路
Ｌ５３水素排出経路
Ｌ５４，Ｌ５５切替経路
10, 10A, 10B, 10C Heat supply system 11 Heat source 12 Heat exchanger 13 Power generation device (operating device)
Reference Signs List 14, 14A Hydrogen removal device 15 Circulation pump 21 Regenerative heat exchanger 22 Cooler 23 Compressor 24 First purification device 31 Turbine 32 Compressor 33 Generator 34 Regenerative heat exchanger 35 Cooler 41 Oxygen supply device 42 Second purification device 51 Oxygen tank 52 Compressor 53 Opening and closing valve 54 Copper oxide catalyst 55 Molecular sieve 56 Oxygen concentration meter 61 Hydrogen removal device 62 Hydrogen separation device 63 Switching device 71 Hydrogen permeable metal membrane 72 Copper oxide catalyst 73 Molecular sieve 74 Copper oxide catalyst 75 Molecular sieve 81 Hydrogen removal device L11 First circulation path L12 Second circulation path L13 Bypass path L14 Return path L21, L22, L23, L24 Path L31 Oxygen supply path L41 Detour path L42 Return path L43 Detour path L51 Detour path L52 Return path L53 Hydrogen discharge path L54, L55 Switching path

Claims

a high-temperature gas reactor capable of generating thermal energy of 600°C or higher;
a heat exchanger for heating a primary heat medium by thermal energy of 600° C. or more generated in the high temperature gas reactor and for heating a secondary heat medium using the heated primary heat medium;
an actuator operated by a secondary heat medium heated by the primary heat medium;
a hydrogen removal device for removing hydrogen isotopes from the secondary heat medium;
Equipped with
the hydrogen removal device has a hydrogen separation device that separates hydrogen isotopes from the secondary heat medium using a hydrogen permeable metal membrane;
The hydrogen separation device separates hydrogen isotopes that have permeated the hydrogen-permeable metal membrane into hydrogen and hydrogen isotopes other than hydrogen,
The hydrogen separation device includes a first purification device composed of a copper oxide catalyst and a molecular sieve for treating the separated hydrogen, and a second purification device composed of a copper oxide catalyst and a molecular sieve for treating the separated tritium,
Heat supply system.

The hydrogen separation device separates hydrogen and tritium using the permeation rate of hydrogen isotopes that permeate the hydrogen-permeable metal membrane.
The heat supply system according to claim 1 .

The hydrogen removal device has an oxygen supply device that supplies oxygen to the secondary heat medium.
The heat supply system according to claim 1 or 2.

The oxygen supplying device adjusts the amount of oxygen supplied to the secondary heat medium according to the hydrogen concentration or the oxygen concentration of the secondary heat medium.
The heat supply system according to claim 3.

The hydrogen removal device has a purification device composed of a copper oxide catalyst and a molecular sieve.
The heat supply system according to claim 3 or 4.

The purification device is provided in a circulation path of the secondary heat medium, and the oxygen supply device is provided upstream of the purification device in the circulation path.
The heat supply system according to claim 5.

The heat exchanger heats the secondary helium with thermal energy of the primary helium generated in the high temperature gas reactor.
The heat supply system according to any one of claims 1 to 6.

A heat supply method using the heat supply system according to any one of claims 1 to 7,
a step of heating a secondary heat medium using a primary heat medium heated by thermal energy of 600° C. or more;
operating an actuator by a secondary heat medium heated by the primary heat medium;
supplying oxygen to the secondary heat transfer medium;
removing hydrogen isotopes present in the secondary heat medium;
A heat supply method comprising the steps of:

A heat supply method using the heat supply system according to any one of claims 1 to 7,
a step of heating a primary heat medium by thermal energy of 600° C. or more and heating a secondary heat medium using the heated primary heat medium;
operating an actuator by a secondary heat medium heated by the primary heat medium;
separating hydrogen isotopes from the secondary heat transfer medium using a hydrogen-permeable metal membrane;
A heat supply method comprising the steps of: